煙化爐給煤裝置升級改造，實現(xiàn)節(jié)能降耗的生產(chǎn)工藝實踐研究

蔡炳龍

（江西金德鉛業(yè)股份有限公司，德興 334200）

江西金德鉛業(yè)股份有限公司煉鉛工藝為富氧底吹爐-側(cè)吹還原爐-煙化爐三聯(lián)爐工藝，而煙化爐的給煤裝置在升級改造前的給煤系統(tǒng)，是通過中間倉給煤通過平衡風加壓經(jīng)過螺旋給煤機由一次風送入煙化爐爐內(nèi),沒有計量，手動調(diào)速，經(jīng)常會出現(xiàn)塌煤、斷煤、給煤不均勻等隱患，導致煙化爐煤耗居高不下，且不能保證煙化爐系統(tǒng)的正常運行。

而國內(nèi)大部分企業(yè)基本上使用的是半自動化給煤裝置，缺點是鎖氣閥磨損較快，故障高，維護成本高。但給煤有計量和不塌煤，對降低煤耗，有很大的幫助。通過對同行的考察和現(xiàn)有工藝的摸索，決定對給煤裝置升級改造，達到全自動化程度、精確入爐給煤計量、解決塌煤、降低勞動強度、維護生產(chǎn)的穩(wěn)定運行的研究試驗。

1 煙化熔煉生產(chǎn)氧化鋅工藝

煙化爐的煙化過程是一種還原揮發(fā)過程，即把空氣和煤粉吹入煙化爐內(nèi)的熔池中，使化合物和游離的ZnO及PbO還原成鋅和鉛的蒸氣，上升到爐子上部空間，遇到CO2或吸進來的空氣再度氧化成氧化鋅和氧化鉛并以煙塵狀態(tài)被收集。爐膛中一部分鉛也以PbS及PbO+狀態(tài)揮發(fā)。若熔渣中含有錫，則在煙化過程中還原成錫（Sn）及氧化錫或硫化錫而揮發(fā)，錫及硫化錫在爐子上部再氧化成二氧化錫（SnO2)。所收集的煙塵大部分為氧化鋅和氧化鉛，此外，還有少量的氧化錫及錫的硫化物，還有易揮發(fā)的稀有金屬元素。煙化爐煙塵含鉛8%～10%，鋅60%～80%，此煙塵俗稱“次氧化鋅”。

鋅的揮發(fā)率與熔渣中的氧化鋅的活度、過程的溫度及平衡相成分有關(guān)。渣含鋅和過程溫度愈高，氣相中CO濃度愈大，則鋅的揮發(fā)率也愈大。爐氣中CO氣體對ZnO的還原揮發(fā)有利，但溫度過高（如超過1350℃）可能會引起FeO的還原。CO濃度升高又會引起爐氣溫度的下降和燃料利用效率降低。所以一般認為煙化爐溫度控制在1250℃左右較好，因此煤量控制非常關(guān)鍵。

吹煉期吹煉爐渣宜保持為1150℃～1250℃，但不能高于1300～1350℃，這屬于危險區(qū)，因為會導致FeO+CO=Fe+CO2反應。不過在初期Fe的出現(xiàn)關(guān)系不大，因為初期渣中Zn含量高，會有Fe+ZnO=Zn↑+FeO的反應，所以仍不至于產(chǎn)生積鐵，相應來說是有利的。高溫主要是限制在中期和后期。而溫度過低對金屬揮發(fā)不利。一般來說，在溫度低于1060℃～1130℃時，即失去流動性，爐內(nèi)壓力很高。進料的預熱溫度最好為1150℃～1200℃。為了提高吹煉時的溫度而不降低粉煤與空氣混合物的還原能力，最好采用熱風。若采用富氧鼓風，也能大大提高溫度，增加產(chǎn)量。

圖1 變頻螺旋輸送給煤裝置流程圖及現(xiàn)場照片

變頻螺旋輸送給煤裝置。變頻螺旋輸送給煤裝置四臺中間倉（9.5m3/臺）給煤設備組成，兩臺一組同時給煙化爐兩側(cè)供煤。原中間倉底開口直徑φ219mm，用單管螺旋輸送粉煤（0～2T/h），通過一次風（風量：0～6000m3/h、風壓：30～50KPa)風管(φ219mm)送入爐內(nèi)。

圖2 全自動給煤計量裝置現(xiàn)場圖片

變頻螺旋輸送給煤裝置的中間倉操作憑經(jīng)驗控制給煤大小，無計量耗粉煤量，存在煤耗高、指標波動大的現(xiàn)象。尤其當粉煤儲存?zhèn)}料位高度低時，倉壁易懸壁掛煤，發(fā)生塌煤時，大量粉煤沖入爐內(nèi)，發(fā)生劇烈燃燒，產(chǎn)生大量煙氣外溢，污染環(huán)境。塌煤前期不下煤時，造成爐溫下降，爐殼惡化，影響指標。若塌煤得不到控制或措施采取的晚了，會造成大量未經(jīng)燃燒的粉煤夾雜火星進入收塵布袋室，在布袋室發(fā)生粉塵濃度高燃爆，存在極大安全隱患。因塌煤造成收塵爆倉事故，每次爆倉，布袋全部燒完、蓋板變形、大量的煤灰、鋅粉進入脫硫循環(huán)水系統(tǒng)。對環(huán)境造成一定的污染。

2 全自動給煤計量裝置生產(chǎn)實踐

2.1 全自動給煤計量裝置生產(chǎn)實踐研究

全自動給煤計量裝置研究：通過串罐如何實現(xiàn)粉煤連續(xù)精確給煤，同時使用圓頂閥消除給煤串氣問題。實現(xiàn)精確給煤的條件下如何實現(xiàn)精準給煤，達到節(jié)能降耗。操作程序編程問題，達到全自動化。

圖3 串罐旋轉(zhuǎn)給料泵倒灌運行步驟

2.1.1 串罐

（1）在正常噴吹時，鎖斗空置，煤粉倉出口閥、鎖斗進料閥、排氣閥、中間閥（給料罐進料閥）和平衡閥均處于關(guān)閉狀態(tài)，給料罐噴吹和流化氣源不間斷供應，旋轉(zhuǎn)給料器按設定轉(zhuǎn)速運行。

（2）當給料罐物料低于低料位，料位計發(fā)出信號，鎖斗排氣閥打開，釋放鎖斗余留壓力，平衡閥及中間閥仍處于關(guān)閉狀態(tài)，等到鎖斗壓力顯示鎖斗壓力降到0.02MPa時，煤粉倉出口閥和鎖斗進料閥打開，同時開啟煤粉倉出口流化氣源，開始裝料，裝料時，鎖斗底部流化氣源打開，防止鎖斗煤粉堆積結(jié)塊。

（3）當鎖斗裝料到高料位時，料位計發(fā)出信號，經(jīng)過短暫延時后，煤粉倉出口閥、鎖斗進料閥和排氣閥依次關(guān)閉，裝料停止。鎖斗底部流化氣源仍在不停進入鎖斗，鎖斗壓力上升。

（4）當鎖斗壓力達到與給料罐壓力一致時，中間閥（給料罐進料閥打開），鎖斗煤粉靠自身重力落入給料罐，為幫助下料，鎖斗頂部的進氣閥打開。經(jīng)過設定時間后，鎖斗進氣閥關(guān)閉，平衡閥打開，一段時間后，鎖斗流化氣源、中間閥（給料罐進料閥）和平衡閥關(guān)閉，完成倒罐。

（5）當給料罐物料降到低料位以下時，鎖斗排氣閥打開，鎖斗開始新一輪裝料，這樣完成一個運行周期。

噴吹泵安裝了稱重計量系統(tǒng)，計算出實際噴吹量，與控制系統(tǒng)設定的噴吹量比較后，通過調(diào)整旋轉(zhuǎn)給料機電機轉(zhuǎn)速，使實際噴吹量接近設定噴吹量，保證噴吹精度。

2.1.2 變頻旋轉(zhuǎn)給料器

變頻旋轉(zhuǎn)給料器每個發(fā)送罐底部設置一臺旋轉(zhuǎn)給料器，發(fā)送罐中物料的給料過程由此旋轉(zhuǎn)給料器完成，給料器的給料量即發(fā)送的速度與給料器的轉(zhuǎn)速成正比。旋轉(zhuǎn)給料器由變頻電機驅(qū)動，其速度由變頻驅(qū)動器（VFD）控制，確保精確地控制全過程的發(fā)送量。

2.1.3 圓頂閥

圓頂閥作為氣力噴吹系統(tǒng)的核心部件之一，是專為氣力噴吹技術(shù)而特別設計的。圓頂閥采用獨特的充氣式密封圈，密封圈在閥門完全關(guān)閉時自動充氣膨脹，閥門完全密封；閥門打開時密封圈自動泄壓回縮，閥門開關(guān)過程中球頂和閥體無任何接觸，避免了磨損，大大延長了閥門的使用壽命，也確保了氣力噴吹系統(tǒng)的可靠性。

圖4 圓頂閥運行示意圖

2.2 全自動給煤計量裝置性能

此項升級改造試驗，是由我司和河北兆澤環(huán)保技術(shù)有限公司共同引進試驗的。煙化爐給煤計量與自動控制裝置系統(tǒng)項目目前已投入試運行，并已正常使用，未出現(xiàn)過塌煤現(xiàn)象，棄渣含鋅指標穩(wěn)定可控，節(jié)約煤耗較為明顯。

2.2.1 設備運行性能數(shù)據(jù)

見表1，表2。

表1 煙化爐氧煤比計算表

表2 設備測試情況表

2.2.2 試驗期存在的問題

試驗期間出現(xiàn)給煤、噴煤自動控制不工作等問題，以下為原因分析：

（1）該系統(tǒng)輸送粉煤以壓縮空氣噴吹入爐，進煤充壓至鎖斗罐，對在吹煉過程、開爐時，要檢查各氣源壓力值是否達標，保證吹煉正常運行，否則造成給煤不暢存在死爐險兆。該系統(tǒng)在氮氣不足情況，轉(zhuǎn)換為壓縮空氣充壓，因氣體含水原因出現(xiàn)管路粘壁、給煤不暢，造成棄渣指標波動。

（2）日常維護加強一樓罐體房間通風，存在氮氣泄露風險。

（3）該系統(tǒng)啟動時先啟動管路閥吹掃粉煤輸送管路，有延時40S時間，管路閥關(guān)閉后進行給料，遇到輸送管路堵塞，風眼不暢、爐內(nèi)壓力過高，未第一時間進行處理風眼、吹掃敲打輸送管路，存在給料機卡死風險。

（4）該系統(tǒng)給煤量設定值與反饋值出現(xiàn)偏差，需啟動備用設施，將給煤設定至最小量600Kg/h，頻率7Hz，啟動裝料循環(huán)后轉(zhuǎn)換自動控制模式。

2.2.3 試驗結(jié)論

從試驗結(jié)果看：新型給煤計量系統(tǒng)按以上工藝參數(shù)、設備運行，基本可穩(wěn)定棄渣含鋅指標＜1.0%以下,爐況穩(wěn)定，整體風眼暢通，送風、送煤均勻，解決塌煤造成的環(huán)境污染、除塵布袋燒損問題，綜合考慮各種因素，基本達到升級改造研究目標要求。

2.3 全自動給煤計量裝置生產(chǎn)實踐結(jié)果

2.3.1 全自動給煤計量裝置生產(chǎn)實踐后優(yōu)點

原始系統(tǒng)僅配置煤粉儲罐和給料螺旋，煤粉容易在儲罐內(nèi)板結(jié)、架橋，再加上儲罐底部流化設計不合理，很容易造成從儲罐往螺旋內(nèi)落料忽多忽少，這樣通過螺旋吹進煙化爐會造成塌煤、爆燃等事故。

改造后給料系統(tǒng)的流程：煤粉儲罐→鎖斗→給料罐→二出口旋轉(zhuǎn)給料機→給料管→一次風管→二次風→煙化爐。改造后系統(tǒng)有以下幾個優(yōu)點，確保了給料穩(wěn)定、順暢，不會產(chǎn)生塌煤現(xiàn)象，同時給煤精度高度，節(jié)省成本。

（1）改造后的系統(tǒng)通過鎖斗緩沖，確保給料罐內(nèi)時刻保持中料位計以上的料位；

（2）給料罐內(nèi)壓力穩(wěn)定，

（3）給料機密封葉輪與殼體、頂板、底板的間隙在0.1mm以內(nèi)，密封效果良好；

（4）給料自帶攪拌器，防止物料在給料管內(nèi)板結(jié)、架橋。

（5）基于獨特的旋轉(zhuǎn)給料設計，以及精確稱重計量，給煤精度比較高。

圖5 運行圖

以下數(shù)據(jù)是新系統(tǒng)給料量及運行情況記錄表，數(shù)據(jù)摘自下頁的運行曲線：

設定流量：1500Kg/h；

瞬時流量偏差：最大流量：1517.9Kg/h，最大流量偏差：+1.19%

最小流量：1481.2Kg/h，最大流量偏差：-1.25%累計流量偏差：-0.08%。

（6）設備可靠性高，故障率低

（7）系統(tǒng)自動化程度高，為全自動化運行模式，操作只需在操作畫面上設定需要的給煤量即可。具備完善的故障報警系統(tǒng)，如超壓報警、圓頂閥密封故障報警、給料機故障報警、減速機過熱報警等。

（8）、改造后使用新系統(tǒng)連續(xù)精確給煤實現(xiàn)了氧化鋅煤耗下降的目標，預計：氧化鋅煤耗可從2019年1850kg/T下降至1650kg/T，降幅10.81%。

2.3.2 全自動給煤計量裝置生產(chǎn)實踐數(shù)據(jù)結(jié)果

圖6 2016-2020年改造前噸氧化鋅煤耗情況

以上曲線為未升級改造裝置前，2016-2020年用改造前統(tǒng)計的噸氧化鋅煤耗，2020年11月份對給煤裝置進行升級改造投入使用，從下表曲線數(shù)據(jù)可明顯對比出，升級改造后給煤裝置，煙化爐噸氧化鋅煤耗下降明顯。且經(jīng)過測試階段后，通過對新型給煤裝置的各項工藝參數(shù)以及日常操作的進一步完善，降低煤耗效果更加顯著。

圖7 2021年煙化爐噸氧化鋅煤耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

3 研究成果

3.1 工業(yè)化投資情況

見表3。

表3 新型給煤裝置工業(yè)化投資情況表

3.2 社會效益

該實踐研究需要增加部分的新型給煤設備串罐以及配套附屬設施，其他全部利用現(xiàn)有的生產(chǎn)設備。通過大量的生產(chǎn)工藝實踐，調(diào)整控制給煤量等工藝參數(shù)，確保產(chǎn)量、指標達標的雙贏情況下，適當降低給煤量，降低噸氧化鋅煤耗，達到節(jié)能降耗、降本增效的目標。本次研究成果的應用，為實現(xiàn)煙化爐提高氧化鋅產(chǎn)量指標及品質(zhì)，降低噸氧化鋅煤耗提供了經(jīng)驗。

3.3 經(jīng)濟效益

研究實踐的成功，帶來非常可觀的經(jīng)濟效益：

（1）實現(xiàn)給煤全自動化，解決了塌煤問題，年節(jié)約塌煤造成的布袋燒損更換成本費用30萬元，同時確保環(huán)保達標，解決了粉煤外溢。

（2）實現(xiàn)給煤精準計量，可有效控制給煤量，噸氧化鋅煤耗完成目標值從原先2019年的1850kg/t降低到2020年的1650kg/t，按下降200kg，預計年產(chǎn)氧化鋅11400噸計算，預計節(jié)約成本：11400＊200=228萬元。

（3）合計預計綜合效益258萬元/年。

4 結(jié)論

我司通過生產(chǎn)實踐研究，煙化爐升級改造的全自動給煤計量裝置，使用后取得預期效果。解決了塌煤、斷煤、給煤不均勻現(xiàn)象，徹底解決了生產(chǎn)出現(xiàn)的瓶頸問題，充分保障了煙化爐生產(chǎn)的穩(wěn)定順行，而且全自動給煤計量裝置自動化程度高、計量精度高、自動進行調(diào)速且維護成本較低。同時能實現(xiàn)了噸氧化鋅煤耗大幅度下降，噸氧化鋅從2019年的1850kg/t降低到今年的1352kg/t，節(jié)能降耗、降本增效效果非常明顯，可在同行進行推廣。